CN112537951A - 一种耐火炉衬材料及其捣打方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及炉衬材料的领域，具体公开了一种耐火炉衬材料及其捣打方法。耐火炉衬材料由包含以下重量份的原料混合制得：高铝矾土76‑85份、石英砂15‑20份、粘合剂5‑10份，所述粘合剂为乙烯‑丙烯共聚物；其制备方法为：炉衬捣打：将耐火炉衬材料分层填料并捣实，每层填料厚度不高于100mm；烘炉：经空炉烘烤、废钢烘烤及钢水烧结完成烘炉即制得耐火炉衬；所述空炉烘烤的温度为100‑500℃，所述废钢烘烤的温度为500‑1100℃，所述钢水烧结的温度为1620‑1780℃。本申请的耐火炉衬材料具有耐火度高、寿命长的优点。

Description

一种耐火炉衬材料及其捣打方法
技术领域
本申请涉及炉衬材料的领域，更具体地说，它涉及一种耐火炉衬材料及其捣打方法。
背景技术
中频电炉由于升温能力强，可间歇式生产，使用灵活方便等特点被广泛采用，并朝着高功率、大炉型等方向发展。中频电炉工作炉衬厚度薄、炉衬工作层温度梯度大、需要承受电磁搅拌带来的液态金属冲刷和反复的急冷急热。因此，其炉衬耐火材料必须具有相对液态金属足够高的耐火度和荷重软化温度、良好的热稳定性、不与液态金属发生化学反应、高温机械强度和耐磨性、良好的隔热和绝缘性以及施工性能。
中频电炉炉衬材料，分酸性、中性、碱性耐火材料，酸性耐火材料是以高纯石英、熔融石英为主要原料，以复合添加剂为烧结剂；中性耐火材料是以氧化铝、高铝材料为主要原料，以复合添加剂为烧结剂；碱性耐火材料是以高纯电熔刚玉、高纯电熔镁砂、高纯尖晶石作为主要原料，以复合添加剂为烧结剂。
石英在使用时由于热膨胀系数较大，抗热冲击性能差，炉子炉衬使用寿命不长，炉龄寿命一般仅在10-20炉。碱性炉衬材料会与渣层发生化学反应，造成炉衬材料寿命低。因此近年来，中性炉衬耐火材料使用最为广泛，但是中性耐火材料多以氧化铝、高铝材料为原料，以符合添加剂为烧结剂，但是实际耐火度往往达不到1700℃以上且磨损性能不良，导致其炉衬寿命较短，一般在50炉左右。
发明内容
为了提高炉衬的寿命，本申请提供一种耐火炉衬材料及其捣打方法。
第一方面，本申请提供一种耐火炉衬材料，采用如下的技术方案：
一种耐火炉衬材料，由包含以下重量份的原料混合制得：高铝矾土76-85份、石英砂15-20份、粘合剂5-10份，所述粘合剂为乙烯-丙烯共聚物。
通过采用上述技术方案，由于采用乙烯-丙烯共聚物作为粘合剂，乙烯-丙烯共聚物能够与氧化铝、二氧化硅协同作用，一方面，乙烯-丙烯共聚物具有较高的刚性和抗划痕特性，使炉衬材料发生应力开裂的可能性较小，另一方面，氧化铝使乙烯-丙烯共聚物的晶粒变小，二氧化硅使乙烯-丙烯共聚物的晶粒分布更均匀，使炉衬材料之间晶面交错互相咬合，从而加强了炉衬材料之间的结合力，因此能够提高炉衬的耐火度，并且使耐火炉衬的寿命增加。
优选的，所述乙烯-丙烯共聚物中乙烯的质量分数为25-35％。
通过采用上述技术方案，乙烯-丙烯共聚物中乙烯的质量分数为25-35％时，乙烯-丙烯共聚物的抗冲击性能较好、且粘度较高，使炉衬材料的间隙较少，从而提高了耐火炉衬的耐火度。
优选的，所述耐火炉衬材料还包括3-4重量份的铝粉。
通过采用上述技术方案，一方面，铝粉具有较高的耐粘性，使炉衬材料之间结合更加紧密，另一方面，铝粉的分散性较强，烘炉后铝离子扩散至炉衬材料的间隙中，使耐火炉衬的晶格缺陷减少，提高了耐火炉衬的局部应力，从而增加了耐火炉衬的耐磨性和耐火度，使炉衬的寿命增加。
优选的，所述铝粉的粒度为1-2mm。
通过采用上述技术方案，铝粉粒度为1-2mm时，在炉衬材料之间的分散效果较好，耐火炉衬的寿命较高。
优选的，所述高铝矾土的粒度为1-3mm，其中氧化铝的重量百分比不低于80％。
通过采用上述技术方案，使炉衬的致密度较高，从而提高了耐火炉衬的寿命。
优选的，所述石英砂的粒度为0.02-1.5mm。
通过采用上述技术方案，当石英砂的粒度为0.02-1.5mm时，其与高铝矾土、粘合剂之间的结合度较高，减少了耐火炉衬开裂的可能性。
优选的，所述石英砂中二氧化硅的重量百分比为98.5-100％。
通过采用上述技术方案，石英砂中的杂质较少，减少了杂质使炉衬材料出现局部应力集中的可能性，使耐火炉衬的抗冲击、耐磨性较好，从而提高了耐火炉衬寿命延长的可能性。
第二方面，本申请提供一种耐火炉衬材料的捣打方法，采用如下的技术方案：
一种耐火炉衬材料的捣打方法，包括以下步骤：
炉衬捣打：将耐火炉衬材料分层填料并捣实，每层填料厚度不高于100mm；
烘炉：经空炉烘烤、废钢烘烤及钢水烧结完成烘炉即制得耐火炉衬；
所述空炉烘烤的温度为100-500℃，所述废钢烘烤的温度为500-1100℃，所述钢水烧结的温度为1620-1780℃。
通过采用上述技术方案，分层捣打炉衬材料，增加了炉衬材料的致密度，从而能够使炉衬材料的寿命提高。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用采用乙烯-丙烯共聚物作为粘合剂，由于乙烯-丙烯共聚物能够与氧化铝、二氧化硅协同作用，一方面，乙烯-丙烯共聚物具有较高的刚性和抗划痕特性，使炉衬材料发生应力开裂的可能性较小，另一方面，氧化铝使乙烯-丙烯共聚物的晶粒变小，二氧化硅使乙烯-丙烯共聚物的晶粒分布更均匀，使炉衬材料之间晶面交错互相咬合，从而加强了炉衬材料之间的结合力，因此能够提高耐火炉衬的耐火度，并且使耐火炉衬的寿命增加。
2、本申请中优选在炉衬材料中添加铝粉，由于铝粉具有较高的耐粘性，使炉衬材料之间结合更加紧密，且铝粉的分散性较强，烘炉后铝离子扩散至炉衬材料的间隙中，使耐火炉衬的晶格缺陷减少，提高了耐火炉衬的局部应力，从而增加了炉衬材料的耐磨性和耐火度，使耐火炉衬的寿命增加。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
各实施例原料来源见表1。
表1.实施例原料来源
Figure BDA0002852444580000031
实施例
实施例1
一种耐火炉衬材料，由80g高铝矾土、16g石英砂、8g粘合剂经机械混合后制得，所述粘合剂为含乙烯质量分数为49％的乙烯-丙烯共聚物；所述高铝矾土的粒度为4mm，含氧化铝75wt％；所述石英砂的粒度为0.01mm，含二氧化硅95wt％。
实施例2-3
实施例2-3均以实施例1为基础，与实施例1的区别仅在于：原料用量和规格不同，具体见表2。
表2.实施例1-3原料用量和规格
Figure BDA0002852444580000041
实施例4-6
实施例4-6均以实施例1为基础，与实施例1的区别仅在于：所用乙烯-丙烯共聚物中乙烯的质量分数不同，具体见表3。
表3.实施例4-6乙烯-丙烯共聚物中乙烯的质量分数
实施例 实施例4 实施例5 实施例6
乙烯的质量分数(％) 25 35 30
实施例7
实施例7以实施例1为基础，与实施例1的区别仅在于：还包括3g的铝粉，所述铝粉的粒度为5mm，含铝95wt％。
实施例8
实施例7以实施例7为基础，与实施例1的区别仅在于：所用铝粉的量为4g，所述铝粉的粒度为0.04mm，含铝95wt％。
实施例9-10
实施例9-10均以实施例7为基础，与实施例7的区别仅在于：所用铝粉的粒度不同，具体见表4。
表4.实施例9-10铝粉粒度
实施例 实施例9 实施例10
铝粉粒度(mm) 1 2
实施例11-13
实施例11-13均以实施例1为基础，与实施例1的区别仅在于：所用高铝矾土的规格不同，具体见表5。
表5.实施例11-13高铝矾土规格
Figure BDA0002852444580000051
实施例14-16
实施例14-16均以实施例1为基础，与实施例1的区别仅在于：所用石英砂的粒度不同，具体见表6。
表6.实施例14-16石英砂粒度
实施例 实施例14 实施例15 实施例16
石英砂粒度(mm) 0.02 1.5 1
实施例17-18
实施例17-18均以实施例1为基础，与实施例1的区别仅在于：石英砂中二氧化硅的重量百分比不同，具体见表7。
表7.实施例17-18石英砂规格
Figure BDA0002852444580000052
对比例
对比例1
对比例1以实施例3为基础，与实施例3的区别仅在于：以等量的高铝矾土代替石英砂。
对比例2
对比例2以实施例3为基础，与实施例3的区别仅在于：以等量的石英砂代替高铝矾土。
对比例3
对比例2以实施例3为基础，与实施例3的区别仅在于：以等量的硼酸代替乙烯-丙烯共聚物。
应用例
应用例1
一种耐高温炉衬材料的捣打方法，使用实施例1的耐火炉衬材料进行捣打，包括如下步骤：炉衬捣打：
炉底的捣打，将实施例1制得的耐火炉衬材料首次填至炉底后，刮平并除气，接着从炉底中心开始以螺旋线的形式向外圆周捣结至炉衬材料捣实，将捣实后的炉衬表面刮松后，再次填料，重复上述步骤四次，首次填料厚度均为80mm，后三次填料厚度均为75mm，第四次捣实炉衬材料后将炉衬厚度刮平至280mm；
炉壁捣打，将实施例1制得的耐火炉衬材料首次填至炉壁后，刮平并除气并捣实，将捣实后的炉衬表面刮松后，再次填料，重复上述步骤四次，首次填料厚度均为60mm，后三次填料厚度均为30mm，第四次捣实炉衬材料后将炉衬厚度刮平至120mm；
烘炉：空炉时以1℃/min的升温速度升温至100℃并保温10h，接着在炉中装入废钢以2℃/min的升温速度升温至800℃后保温5h，然后在炉中注入钢水以2℃/min的升温速度升温至1780℃后保温2.5h，随炉冷却降温后制得耐火炉衬，即可将电炉投入使用。
应用例2-5
应用例2-5均以应用例1为基础，与应用例1的区别仅在于：烘炉温度不同，具体见表8。
表8.应用例2-5烘炉温度
Figure BDA0002852444580000061
应用例6-25
应用例6-25均以应用例1为基础，与应用例1的区别仅在于：所用炉衬材料来源不同，具体见表9。
表9.应用例6-25炉衬材料来源
应用例 应用例6 应用例7 应用例8 应用例9 应用例10
炉衬来源 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
应用例 应用例11 应用例12 应用例13 应用例14 应用例15
炉衬来源 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11
应用例 应用例16 应用例17 应用例18 应用例19 应用例20
炉衬来源 实施例12 实施例13 实施例14 实施例15 实施例16
应用例 应用例21 应用例22 应用例23 应用例24 应用例25
炉衬来源 实施例17 实施例18 对比例1 对比例2 对比例3
性能检测试验
对应用例1-25的捣打后得到的耐火炉衬进行如下性能测试。
耐火度测试：按照GB/T7322 2017标准中的直接测量法对炉衬材料的耐火度进行测试。
炉衬寿命测试：1750℃条件下浇筑钢水，测试炉衬使炉次数，即为炉衬寿命，炉衬厚度小于90mm时炉衬报废。
应用例1-25的耐火度测试结果见表10-1。
应用例1-25的炉衬寿命测试结果见表10-2。
表10-1.应用例1-25的耐火度
Figure BDA0002852444580000062
Figure BDA0002852444580000071
表10-2.应用例1-25的炉衬寿命
应用例 炉衬寿命(炉) 应用例 炉衬寿命(炉)
应用例1 125 应用例14 150
应用例2 124 应用例15 133
应用例3 124 应用例16 132
应用例4 125 应用例17 132
应用例5 124 应用例18 135
应用例6 122 应用例19 135
应用例7 120 应用例20 134
应用例8 130 应用例21 136
应用例9 131 应用例22 138
应用例10 130 应用例23 50
应用例11 138 应用例24 52
应用例12 136 应用例25 55
应用例13 149
分析上述数据可知：
对比应用例1和应用例6-7中，应用例1的耐火度和炉衬寿命均高于应用例6-7。
应用例8-10与应用例1相比，区别仅在于应用例8的炉衬材料来源于实施例4-6，应用例1的炉衬材料来源于实施例1，实施例4-6与实施例1的区别仅在于所用乙烯-丙烯共聚物中乙烯的质量分数不同，应用例8-10的炉衬材料的耐火度和炉衬寿命均高于应用例1，说明乙烯-丙烯共聚物中乙烯的质量分数为25-35％时，乙烯-丙烯共聚物的抗冲击性能较好、且粘度较高，使炉衬材料的间隙较少，从而提高了耐火炉衬的耐火度。
应用例11-12与应用例1相比，区别仅在于应用例11-12的炉衬材料还包括3-4重量份的铝粉，应用例11-12的耐火炉衬的耐火度和炉衬寿命均高于应用例1，说明铝粉使炉衬材料之间结合更加紧密，且铝粉的分散性较强，烘炉后铝离子扩散至炉衬材料的间隙中，使炉衬材料的晶格缺陷减少，提高了耐火炉衬的局部应力，从而增加了耐火炉衬的耐磨性和耐火度，使炉衬的寿命增加。
应用例13-14与应用例11相比，区别仅在于应用例13-14的炉衬材料所用铝粉的粒度不同，应用例11的耐火炉衬的耐火度和炉衬寿命均高于应用例11，说明铝粉粒度为1-2mm时，在炉衬材料之间的分散效果较好，耐火炉衬的寿命较高。
应用例15-17与应用例1相比，区别仅在于应用例15-17的炉衬材料所用高铝矾土的规格不同，应用例15-17的耐火炉衬的耐火度和炉衬寿命均高于应用例1，说明高铝矾土的粒度为1-3mm，其中氧化铝的重量百分比不低于80％时，耐火炉衬的致密度较高，从而提高了耐火炉衬的寿命。
应用例18-20与应用例1相比，区别仅在于应用例18-20的炉衬材料所用石英砂的粒度不同，应用例18-20的耐火炉衬的耐火度和炉衬寿命均高于应用例1，说明英砂的粒度为0.02-1.5mm时与高铝矾土、粘合剂之间的结合度较高，减少了耐火炉衬开裂的可能性，从而使耐火炉衬的寿命增加。
应用例21-22与应用例1相比，区别仅在于应用例21-22的石英砂中二氧化硅的重量百分比不同，应用例21-22的耐火炉衬的耐火度和炉衬寿命均高于应用例1，说明石英砂中二氧化硅的重量百分比为98.5-100％时，石英砂中的杂质较少，减少了杂质使炉衬材料出现局部应力集中的可能性，使耐火炉衬的抗冲击、耐磨性较好，从而提高了耐火炉衬寿命延长的可能性。
应用例23-25与应用例7相比，应用例23的炉衬材料以等量的高铝矾土代替石英砂，应用例24的炉衬材料以等量的石英砂代替高铝矾土，应用例25的炉衬材料以等量的硼酸代替乙烯-丙烯共聚物，说明乙烯-丙烯共聚物能够与氧化铝、二氧化硅协同作用，乙烯-丙烯共聚物使炉衬材料发生应力开裂的可能性较小，且氧化铝使乙烯-丙烯共聚物的晶粒变小、二氧化硅使乙烯-丙烯共聚物的晶粒分布更均匀，使炉衬材料之间晶面交错互相咬合，从而加强了炉衬材料之间的结合力，因此能够提高炉衬的耐火度，并且使炉衬的寿命增加。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种耐火炉衬材料，其特征在于，由包含以下重量份的原料混合制得：高铝矾土76-85份、石英砂15-20份、粘合剂5-10份，所述粘合剂为乙烯-丙烯共聚物。
2.根据权利要求1所述的一种耐火炉衬材料，其特征在于：所述乙烯-丙烯共聚物中乙烯的质量分数为25-35%。
3.根据权利要求1所述的一种耐火炉衬材料，其特征在于：还包括3-4重量份的铝粉。
4.根据权利要求3所述的一种耐火炉衬材料，其特征在于：所述铝粉的粒度为1-2mm。
5.根据权利要求1所述的一种耐火炉衬材料，其特征在于：所述高铝矾土的粒度为1-3mm，其中氧化铝的重量百分比不低于80%。
6.根据权利要求1所述的一种耐火炉衬材料，其特征在于：所述石英砂的粒度为0.02-1.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种耐火炉衬材料，其特征在于：所述石英砂中二氧化硅的重量百分比为98.5-100%。
8.权利要求1所述的一种耐火炉衬材料的捣打方法，其特征在于，包括以下步骤：
炉衬捣打：将耐火炉衬材料分层填料并捣实，每层填料厚度不高于100mm；
烘炉：经空炉烘烤、废钢烘烤及钢水烧结完成烘炉即制得耐火炉衬；
所述空炉烘烤的温度为100-500℃，所述废钢烘烤的温度为500-1100℃，所述钢水烧结的温度为1620-1780℃。
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Denomination of invention: A refractory furnace lining material and its compaction method

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Pledgor: JIANGSU ZHUHONG FORGING Co.,Ltd.

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